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严酷环境下涂层钢筋砼的耐久性及服役寿命预测

卜令昆  
【摘要】:我国东部沿海地区地下水氯离子、硫酸根离子等有害离子浓度较高,对混凝土结构耐久性十分不利。预应力高强混凝土管桩(prestressed high strength concrete pipe pile,简称PHC管桩)是采用先张法预应力工艺制成的用于建筑物基础建设的混凝土构件,长年处于地下盐水环境或者随地下水位变化处于干湿循环中,服役中的管桩混凝土因此会受到氯盐、硫酸盐侵蚀,降低了混凝土管桩的服役寿命,因此如何提高管桩混凝土的耐久性就显得十分必要。此外,目前多采用介质传输的方法应用修正的扩散定律预测混凝土结构服役寿命,但是对于地下水位变动和多离子共存盐水作用的管桩混凝土扩散定律可能并不适用,因此研究地下管桩混凝土耐久性并对其服役寿命进行准确评估显得十分重要。本文研究了掺加阻锈剂和应用涂层钢筋的管桩混凝土在地下盐水作用下的耐腐蚀性能,应用线性极化电阻(LPR)方法获得了腐蚀过程中钢筋腐蚀电流密度i_(coor)(μA·cm~(-2)),基于腐蚀电流密度测试结果并应用Wiener过程对涂层钢筋混凝土的服役寿命进行了研究,主要内容如下:(1)研究了添加阻锈剂和涂层钢筋的临界氯离子浓度,试验结果表明,裸钢筋、添加2%PCI-2015阻锈剂、添加8%PCI-2016阻锈剂、添加8%PCI-2016阻锈剂+1%石墨烯和涂层钢筋的临界氯离子浓度依次为0.1mol/L、0.6mol/L、1.5mol/L、1.7mol/L和2.2mol/L。(2)研究了在混凝土中掺加迁移性阻锈剂PCI-2015,PCI-2016,复合掺石墨烯和PCI-2016,以及涂层钢筋混凝土试件,在人工海水干湿循环加速试验下钢筋腐蚀电流密度,结果表明钢筋锈蚀程度由低到高依次为涂层钢筋、双掺石墨烯和PCI-2016、单掺PCI-2016、单掺PCI-2015、裸钢筋。(3)以不同时间测得的钢筋腐蚀电流密度为钢筋混凝土耐久性退化量,利用Bayes估计方法对Wiener随机过程的过程参数进行递推估计,得到混凝土试件的可靠度函数和概率密度函数,建立了基于Wiener过程Bayes方法的钢筋混凝土服役寿命模型。(4)采用MATLAB语言对服役寿命预测过程进行编程,编制了具备图形用户界面的计算机软件,应用软件通过输入测得的钢筋腐蚀电流密度数据,即可计算出不同可靠水平下的钢筋混凝土的服役寿命。计算得到的上述不同情形的钢筋混凝土试件服役寿命结果与工程实际情况接近,表明了本文建立的服役寿命预测方法和计算软件的有效性。


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